结构胶黏剂在温度作用下的剪切性能试验研究

设计并进行了2组采用不同条件固化的胶黏剂的拉伸剪切试验,研究了结构胶黏剂的剪切强度和剪切刚度随温度升高的变化规律,以及不同温度下胶黏剂剪切破坏模式.试验发现,室温固化的胶黏剂再次经历高温后,其玻璃化温度Tg有了30℃左右的提高;随着温度的升高,胶黏剂剪切强度和剪切刚度总体上呈下降趋势,且在其玻璃化温度Tg前后20℃的区域内变化最为明显.研究表明,胶黏剂玻璃化温度是影响胶黏剂温度作用下剪切性能的关键因素,同时高温固化方式可以提高胶黏剂玻璃化温度,延缓胶黏剂剪切强度和剪切刚度的下降.在此基础上,引入玻璃化温度这一重要参数,给出了结构胶黏剂的剪切强度及剪切刚度与温度之间的关系模型,为实际工程应用提供了参考.     

海水干湿循环作用下CFRP-高强混凝土黏结性能研究

在沿海地区,海水干湿循环成为限制CFRP(碳纤维增强复合材料)在加固混凝土结构应用中的主要因素之一.考虑结构自身荷载和海水干湿循环作用,用5%NaCl溶液模拟海水,利用发明的持载装置施加持续荷载,采用双面剪切试验方法对CFRP与高强混凝土的界面黏结性能进行了研究.结果表明:海水干湿循环作用下界面黏结性能发生显著的退化,极限荷载、剥离荷载、端部滑移、断裂能等界面参数均显著降低;而持续荷载和干湿循环耦合作用下界面黏结性能退化更加严重,黏结界面参数进一步降低.因此未考虑持续荷载作用而对CFRP-高强混凝土界面耐久性的研究将会过高地估算界面的黏结性能.     

CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能

碳纤维增强复合材料(CFRP)广泛用于结构构件的加固和修复。为了进一步了解CFRP加固混凝土结构的力学特性,本文针对CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能,开展准静态拉伸-剪切试验研究,得到界面剪应力-位移曲线和CFRP应变分布以及CFRP-混凝土界面的剪切破坏形态;揭示了CFRP-混凝土界面剪切滑移破坏机理;建立了CFRP-混凝土界面精细化有限元分析模型。分析结果表明:在界面剪力作用下,加固试件会发生界面混凝土脆性剪切破坏,CFRP和环氧树脂黏结层则无明显损伤,界面剪切强度由混凝土抗剪强度控制;监测CFRP初始应变分布无法预测破坏面;即使设置非黏结区,混凝土试件端部仍然被拉下三角形块体,其大小受有效黏结区影响;在黏结区与非黏结区交界处,CFRP的应变随荷载呈线性增大;有效黏结长度为粘贴长度的51%;建立的数值计算模型也得到了试验结果的验证。     

不同温度下钢-改性聚氨酯混凝土界面黏结滑移性能试验研究

在钢桥运营过程中,铺装层与桥面板的黏结层常会因车辆碾压、温度等因素的影响而出现脱黏现象。近年来,国内出现一种新型改性聚氨酯混凝土,具有较好的工程适用性,已用于多座钢桥梁铺装工程。为研究该混凝土与钢桥面板的界面黏结性能,设计并制作该改性聚氨酯混凝土与Q345钢的层间复合试件。考虑温度的影响,分别在-10、15、40和60℃下进行斜剪试验。基于数字图像处理技术(DIC)采集试件界面的滑移量和应变,分析试件在不同温度下的破坏形态、界面黏结性能及界面应变分布规律。基于试验结果,建立钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式。研究结果表明：温度对试件界面黏结性能的影响显著,试件的界面剪切强度和刚度随温度升高而降低,而其界面极限滑移量与温度无明显关系,界面应变的绝对值均沿胶层方向从试件混凝土层的加载端到未加载端逐渐减小;随着温度升高,试件由脆性破坏向塑性破坏过渡;据所建立的钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式所得剪切强度、刚度计算结果与试验结果较吻合,可为聚氨酯类混凝土钢桥面铺装工程应用提供参考。     

自应力钢管混凝土界面黏结性能数值模拟研究

为了研究自应力钢管混凝土的界面黏结性能,根据力的平衡关系推导出了核心混凝土温度变化与径向自应力以及钢管环向自应力之间的关系表达式.在已有文献试验的基础上,以膨胀剂掺量为变量建立考虑钢管混凝土界面黏结性能的有限元分析模型,通过对核心混凝土升温的方式来模拟钢管混凝土界面黏结性能,将模拟分析结果与试验数据进行比较.结果表明:采用对核心混凝土升温的方式能够真实有效地模拟钢管混凝土界面黏结性能.在此基础上,通过升温改变自应力水平及调整径厚比的方法开展了影响界面黏结性能因素的数值模拟分析.结果表明:通过增大自应力以及减小径厚比的方式能有效提高钢管混凝土界面黏结性能,将模拟分析值与理论值对比,二者吻合良好.     

冻融循环与持续荷载共同作用下FRP片材-混凝土界面黏结性能的退化行为

为研究冻融循环影响下纤维增强复合材料(FRP)外贴加固混凝土结构的界面性能,通过双面剪切试验研究冻融循环与持续荷载共同作用下FRP片材-混凝土界面黏结性能的退化行为。在经历最大200次冻融循环作用后,对试件进行静态加载,并采用数字图像相关法量测试件表面的全场位移,进而计算界面黏结滑移关系。试验结果表明:冻融循环作用对FRP片材-混凝土界面的极限承载力、极限滑移、FRP最大应变、最大剪应力、界面断裂能等均有明显的削弱作用,界面黏结滑移曲线退化显著;预加荷载的存在加剧了冻融循环作用后界面黏结性能的退化;冻融循环作用前后界面的破坏模式也发生了显著改变。     

用碱矿渣胶凝材料粘贴FRP布加固混凝土结构的剪切性能

为解决环氧类有机胶耐火性差的问题,选择工业副产品粒化高炉矿渣为原料,水玻璃为碱性激活剂,制备了一种用于FRP加固混凝土结构的耐高温无机胶——碱矿渣胶凝材料.通过考察水玻璃模数与用量,以及水用量对胶块抗压强度的影响,优选出碱矿渣胶凝材料的最佳配比为:水玻璃模数Ms=1.0,水玻璃用量为矿渣粉质量的12％,水用量为矿渣粉质量的42％.通过面内剪切试验,研究了FRP布和胶黏剂类型对FRP布与混凝土基材的界面剪切性能的影响,建议了2种CFRP布的有效黏结长度为160和220 mm.试验结果表明:碱矿渣胶凝材料用于粘贴CFRP布加固混凝土结构效果良好,其面内剪切强度与有机胶相当,界面破坏呈现胶层下混凝土大面积剥离的理想破坏模式.     

碳纤维板-混凝土界面黏结性能的试验研究与有限元分析

碳纤维板与混凝土的界面黏结性能是碳纤维加固混凝土结构的关键性能之一,对加固结构的力学行为和破坏形态等有着重要影响.进行了4个试件的碳纤维板-混凝土黏结双面剪切试验,研究了设置不同粘贴长度的试件的界面力学行为和破坏模式,分析了黏结长度对界面极限承载力和应力分布的影响.试验结果表明:加载点附近应力远大于端部应力,板端黏结界面剪应力沿板长方向大致呈指数衰减分布.在试验研究基础上,在ANSYS中采用正交弹簧单元组模拟界面黏结,建立了试件的有限元模型,并采用试验分析得到的局部黏结滑移曲线关系作为有限元模型中的界面弹簧单元刚度,计算发现有限元分析结果和试验结果比较吻合,从而验证了本文有限元模型的有效性.以本文试验得到的黏结滑移曲线关系为基础,通过拟合得到了基于几种经典黏结滑移本构形式的界面本构模型.试验及有限元分析表明:当拉伸应力超过碳纤维板强度的24%时,碳板已开始从混凝土表面剥离.为保证充分利用碳纤维板的强度,应采用可靠锚具对碳纤维板进行锚固.     

冻融循环作用下表层嵌贴CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究

以嵌贴CFRP-混凝土黏结的冻融耐久性为研究对象,通过拔出试验考察了冻融循环作用下嵌贴FRP与具有不同强度或抗冻性能混凝土的黏结性能,讨论了冻融循环下嵌贴FRP-混凝土界面黏结的退化机理;分析了冻融循环作用下混凝土槽至试件边缘距离、胶层厚度等因素对试件界面黏结性能的影响.试验结果表明:冻融循环作用下普通C30混凝土力学性能退化显著,添加引气防冻剂和减水剂的C30混凝土强度下降显著小于普通C30混凝土,C60混凝土强度反而有所提高;冻融循环导致了嵌贴CFRP-普通C30混凝土的黏结承载力下降和破坏模式转变,但嵌贴CFRP与抗冻混凝土间的黏结承载力没有显著降低,表明混凝土冻融损伤是冻融循环下嵌贴FRP-混凝土黏结退化的主要原因;槽壁厚度较小时,加载端槽壁混凝土出现锥形斜裂缝;胶层厚度较薄时,冻融循环作用下试件黏结承载力的降低较胶层较厚的试件更为显著.     

高温下碳纤维-混凝土界面受剪性能试验研究

分别在4,40,60,80,100,120,140,160,180℃下进行碳纤维-混凝土界面的剪切试验,研究了不同温度下界面破坏形式、温度对胶体及碳纤维的影响,以及黏结强度随温度的变化规律,初步建立了不同温度下的黏结应力-滑移关系.试验结果表明,40℃时的界面黏结强度高于其他温度;40℃后黏结强度随温度升高而降低;温度超过100℃后,黏结强度基本趋于稳定.     

高温后植筋胶黏结力学性能试验研究

为了测试工程中植筋胶在高温后的安全性能,对3种常用植筋胶分别在25,60,100,160和260°C恒温加载自然冷却后的黏结力学性能开展试验研究.首先,测试了这3种植筋胶的玻璃转化温度.其次,通过拉伸试验,得出了恒温加载、自然冷却后试件受力与滑移曲线关系,极限黏结承载力和其随温度的损失规律.对试验数据拟合,得出受力与滑移三阶段和四阶段数学模型.研究表明,温度会造成植筋试件力学性能的退化,热塑性植筋胶比热固性植筋胶刚性和耐热性均较差.玻璃转化温度是植筋胶高温后承载力的突变点,是植筋胶正常使用的温度上限并影响着它的高温后使用性能.     

高温后高强混凝土剪切裂缝与拉剪箍筋销栓作用

为研究高温后高强混凝土的剪切裂缝和拉剪箍筋销栓作用,浇筑了两种强度高强混凝土Z形试件.分别对试件进行了200,400,800°C的高温试验,通过高温后试件的直剪试验,研究了温度和混凝土强度对剪切裂缝的影响.基于弹性地基梁理论建立了箍筋销栓作用模型,结合实测的剪切裂缝宽度和裂缝滑移,计算得到高温后高强混凝土与箍筋之间的销栓剪应力.研究结果表明:除200°C以外,高强混凝土的裂缝峰值位移(裂缝峰值宽度和裂缝峰值滑移)随温度的升高而增大;无论经历多高的温度,混凝土的强度越高,裂缝峰值位移越小;箍筋的销栓剪切应力与裂缝滑移呈线性关系,销栓剪切刚度随温度的升高而降低,随混凝土强度的增大而增大;销栓剪切应力随温度的升高而增大,随混凝土强度增大而减小.     

真空辅助成型工艺下纤维增强复合材料与混凝土界面的粘结滑移试验研究

纤维增强复合材料(FRP)与混凝土界面的粘结滑移关系是FRP用于加固钢筋混凝土受力分析的基础。采用真空辅助成型技术(VARI)制作的FRP板条,并外贴于混凝土试块表面,设计了8个单搭接头剪切试验,比较FRP-混凝土界面的粘结性能。考察了混凝土强度、粘结长度、板厚和粘结胶层厚度对VARI工艺下FRP与混凝土界面之间粘结性能的影响。分析基于VARI工艺制作的FRP应变和各个控制因素下局部剪应力的发展规律。计算得到了FRP-混凝土界面的局部粘结剪应力-滑移关系曲线。     

海水海砂再生混凝土与玻璃纤维增强塑料筋黏结性能

采用标准立方体中心拔出试验,测试了不同组分及不同强度混凝土与玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋之间的黏结滑移性能.结果表明:再生粗骨料的使用降低了混凝土与GFRP筋之间的黏结强度,海水、海砂的使用对混凝土的黏结强度基本没有影响;不同组分混凝土与GFRP筋的黏结滑移曲线相似,无明显差别;与普通混凝土相似,海水海砂再生混凝土与GFRP筋的黏结强度随着混凝土的立方体抗压强度增加而增加.采用4种不同适用于GFRP筋的黏结滑移本构模型对试验数据进行了拟合,结果表明:4种模型均能较好地拟合本次试验曲线,其中,Malvar模型拟合程度最高.     

不同功率微波照射下钢筋混凝土粘结滑移试验分析

近年来,微波辅助机械拆除钢筋混凝土对于城市混凝土结构的拆除具有重要意义。为了探讨微波辅助机械拆除钢筋混凝土的断裂过程,采用钢筋混凝土的拉拔试验评价了不同微波功率下钢筋混凝土的粘结滑移曲线。在不同功率微波辐射下,分析了钢筋混凝土的破坏模式,钢筋与混凝土的粘结强度和粘结刚度。结果表明:①随着微波功率的增加,钢筋与混凝土温度应力差会导致两者之间机械咬合齿抗剪强度的降低;②对4种功率微波照射后钢筋混凝土拉拔试验粘结滑移曲线进行分析,认为整个拟合曲线均可由初始滑移段、滑移段、下降段和残余段4段组成;③随着微波功率提高,对应的粘结强度降低。5 000 W功率微波照射条件下粘结强度降低幅度相比3 000 W时并不显著,故认为采用3 000 W功率微波照射具有更好的能效比。     

CFRP加固高温后圆钢管混凝土结构轴压力学性能分析

在恒定高温作用后,对12个圆钢管混凝土短柱试件进行CFRP加固后的轴压力学性能分析.通过轴压承载力试验,研究了不同恒温及不同约束效应系数时CFRP-圆钢管-混凝土结构的轴压力学性能和变化规律.试验数据对比分析表明,高温作用后的圆钢管混凝土承载力和弹性模量随温度升高而降低,采用CFRP加固的高温受损构件力学性能明显得到改善.在综合分析基础上,利用简化公式计算的结果与试验分析结果吻合较好.     

高温下自密实混凝土强度和变形性能试验研究

进行了不同温度下自密实混凝土、掺加聚丙烯纤维的自密实混凝土、高强混凝土的抗压强度及应力-应变曲线的非持荷试验研究,分析了抗压强度、应力-应变关系随温度的发展变化规律,基于试验结果给出了相应的应力-应变曲线方程,并与普通混凝土、高强、高性能混凝土研究成果进行了对比分析.为高温下自密实混凝土本构模型的建立奠定了基础,也为自密实混凝土结构的设计和分析提供了试验依据.     

高低温下复合绝缘子抗拉性能试验

复合绝缘子是由芯体和装配有金属附件的外套构成。芯体多采用环氧树脂浸渍的玻璃纤维增强塑料制成,是一种强度高、非脆性复合材料。但在芯棒与伞套之间的粘结层是薄弱环节,在大温差地区容易受力学破坏。文中采用Instron1186电子万能试验机,通过位移控制进行材料力学性能试验,研究复合绝缘子分别在高低温作用下的抗拉性能。试验表明,复合绝缘子机械破坏负荷取决于金具与芯棒连接强度,其破坏的主要特征为端部金具的滑移。因为端部金具的热膨胀系数与玻璃纤维增强环氧树脂芯棒有较大差异,无论是在高温还是低温,复合绝缘子的力学性能均较常温状态产生下滑,尤其是高温下,金具与芯棒的黏结-滑移性能会降低50%甚至更多。